JP4638637B2

JP4638637B2 - 投影検出装置

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Publication number: JP4638637B2
Application number: JP2001360164A
Authority: JP
Inventors: 廣幸小川
Original assignee: 廣幸小川
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2019-04-21
Also published as: JP2002236914A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な物体の投影を検出するための投影検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品業界では、食品中の大腸菌や黄色ブドウ球菌、腸炎ビブリオなどの食中毒菌の有無を検出するため、微生物検査が行われる。微生物検査では、食品１ｇまたは１ｍｌ当たりの一般生菌数、すなわち検査試料中に生存する微生物の数が食品の微生物汚染の指標として用いられている。一般生菌数は、通常、標準寒天培地を用いて、３５℃±１℃で２４時間または４８時間培養して検出される。生菌数の計数をするには、通常、寒天培地上のコロニーを目視で数えるか、コロニーカウンターを使用するか、あるいは、試料と混ぜ合わせた寒天培地を用いて培養し、培地中のコロニーを計数する混釈法と呼ばれる方法が用いられる。
【０００３】
また、従来の微生物検査方法および装置として、特開平５−２８８９９２号公報および特開平１０−２４０９５０号公報に示すものがある。すなわち、レンズで拡大した微生物の像をＣＣＤカメラに写し、画像処理を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の生菌数を計数する方法では、肉眼でコロニーが確認できるまで長時間の培養をした後に計数することになるため、試料内の菌濃度が高い場合にはコロニー同士が重なり合ってしまい、計数が困難であったり不正確であったりするという問題点があった。また、特開平５−２８８９９２号公報および特開平１０−２４０９５０号公報に示す技術では、レンズで微生物の像を拡大するため、像の焦点を合わせるのに手間がかかるととともに、所定の焦点深度内の微生物しか観察できないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、容易かつ正確な検出を可能にする投影検出装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に関連の投影観察方法は、観察対象にレーザー光線を照射し、照射光による観察対象の投影をイメージセンサで受け、前記イメージセンサの検出による影像を拡大して画像出力することを特徴とする。
【０００７】
本発明に関連の投影観察方法では、イメージセンサの検出による影像の拡大は、コンピュータにより行われ、ディスプレイまたはプリンターなどで画像出力されることが好ましい。
【０００８】
本発明に関連の微生物検査方法は、検査試料を入れた透光性培地にレーザー光線を照射し、前記透光性培地を透過した光をイメージセンサで受け、前記イメージセンサの投影検出信号により微生物の有無を検査することを特徴とする。
【０００９】
イメージセンサには、ＣＣＤ（電荷結合素子）エリア・イメージ・センサが好ましく、特に、１辺の長さが数ミクロンの光検出素子を複数、碁盤状に配列して有するものが好ましい。イメージセンサは、センサ面がレーザー光線の照射方向に対し垂直になるよう配置されることが好ましい。透光性培地には、色のない微生物を見やすくするため、塩化トリフェニルテトラゾリウム（Triphenyltetrazolium Chloride)（ＴＴＣ）を混ぜ合わせておくことが好ましい。
【００１０】
本発明に関連の微生物検査方法では、検査試料を入れた透光性培地にレーザー光線を照射し、透光性培地を透過した光をイメージセンサで受ける。イメージセンサは、透光性培地で微生物のコロニーが増殖してレーザー光線を遮り、影を作るとき、投影検出信号を発生する。これにより検査試料中の微生物の存在を知ることができる。
【００１１】
本発明に関連の投影検出装置は、試料の設置部と；前記設置部に設置される試料にレーザー光線を照射するレーザー装置と；複数の光検出素子を有し、前記レーザー装置の照射光による前記試料の投影を受けるよう配置され、各光検出素子により投影検出信号を発生するイメージセンサとを、有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に関連の投影検出装置では、試料を設置部に設置する。試料は、例えば、透光性培地用容器に透光性培地とともに入れられる。レーザー装置により試料にレーザー光線を照射し、照射光による試料の投影をイメージセンサで受ける。イメージセンサは、試料がレーザー光線を遮り、影を作るとき、各光検出素子により投影検出信号を発生する。例えば、試料が透光性培地とともに入れられた微生物検査試料から成るとき、透光性培地で微生物のコロニーが増殖したことが検出され、試料中の微生物の存在を知ることができる。
【００１３】
請求項１の本発明に係る投影検出装置は、複数の試料を一列に設置可能な設置部と；前記設置部に設置される複数の試料に１本の光線を照射する装置と；複数の光検出素子を有し、前記照射する装置の照射光による複数の前記試料の投影を受けるよう、前記設置部を挟んで前記照射する装置と反対側に配置され、前記試料が前記光線を遮り、影を作るとき、各光検出素子により投影検出信号を発生するイメージセンサとを、有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１の本発明に係る投影検出装置では、複数の試料を設置部に一列に設置する。試料は、例えば、透光性培地用容器に透光性培地とともに入れられる。照射する装置により複数の試料に１本の光線を照射し、照射光による複数の試料の投影をイメージセンサで受ける。イメージセンサは、試料が光線を遮り、影を作るとき、各光検出素子により投影検出信号を発生する。例えば、試料が透光性培地とともに入れられた微生物検査試料から成るとき、複数の透光性培地のいずれかで微生物のコロニーが増殖して光線を遮り、影を作ると、各光検出素子により投影検出信号を発生し、複数の検査試料のいずれかでの微生物の存在を知ることができる。投影検出信号を発生した複数の試料を個別に設置部に設置し、光線を照射すれば、影を作った試料を特定することができる。前記例の場合、いずれかで微生物の存在が確認された複数の検査試料を個別に設置部に設置し、光線を照射すれば、微生物が存在する検査試料を特定することができる。これによって、検査処理の効率化を図ることができ、特に、前記例で、微生物が存在する検査試料が少ない場合に、検査処理の効率化を図ることができる。
【００１５】
本発明に関連の投影検出装置は、試料の設置部と；それぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向から、前記設置部に設置される試料にレーザー光線を照射するレーザー装置と；複数の光検出素子を有し、前記レーザー装置のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向からの照射光による前記試料の投影を受けるよう配置され、各光検出素子により投影検出信号を発生するイメージセンサとを、有することを特徴とする。
【００１６】
本発明に関連の投影検出装置では、試料を設置部に設置する。試料は、例えば、透光性培地用容器に透光性培地とともに入れられる。レーザー装置により試料にＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向からレーザー光線を照射し、各照射光による試料の投影をイメージセンサで受ける。イメージセンサは、試料がレーザー光線を遮り、影を作るとき、各光検出素子により投影検出信号を発生する。例えば、試料が透光性培地とともに入れられた微生物検査試料から成るとき、透光性培地で微生物のコロニーが増殖してレーザー光線を遮り、影を作ると、各光検出素子により投影検出信号を発生し、検査試料中の微生物の存在を知ることができる。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向からの各光の影による投影検出信号を３次元影像として合成すれば、１方向の光では重なり合って検出できない物体を検出することができ、また、物体の立体的形状を求めることができる。
【００１７】
他の本発明に関連の投影検出装置は、試料を支持し、支持した試料を回転軸を中心として一定速度で回転可能な設置部と；前記設置部で支持される試料に、前記回転軸に直交する方向からレーザー光線を照射するレーザー装置と；複数の光検出素子を有し、前記レーザー装置の照射光による前記試料の投影を受けるよう配置され、各光検出素子により投影検出信号を発生するイメージセンサとを、有することを特徴とする。
【００１８】
他の本発明に係る投影検出装置では、試料を設置部で支持する。試料は、例えば、円筒状の透光性培地用容器に透光性培地とともに入れられる。支持した試料を回転軸を中心として一定速度で回転させながら、レーザー装置により試料にレーザー光線を照射し、照射光による試料の投影をイメージセンサで受ける。イメージセンサは、試料がレーザー光線を遮り、影を作るとき、各光検出素子により投影検出信号を発生する。例えば、試料が透光性培地とともに入れられた微生物検査試料から成るとき、透光性培地で微生物のコロニーが増殖してレーザー光線を遮り、影を作ると、各光検出素子により投影検出信号を発生し、検査試料中の微生物の存在を知ることができる。試料を１回転させたときの投影検出信号を立体影像として合成すれば、１方向の光では重なり合って検出できない物体を検出することができ、また、物体の立体的形状を求めることができる。
【００１９】
本発明に関連の微生物検査方法および本発明に係る投影検出装置では、イメージセンサを用いて微生物を検出できるので、肉眼でコロニーが確認できるほど長時間の培養をしなくても微生物の検出が可能であり、培養時間を短くして検査時間を短縮することができる。また、コロニー同士が重なり合うほど大きくなる前にコロニーを検出することにより、容易かつ正確なコロニーの計数が可能となる。さらに、微生物のレーザー光線による影を直接、イメージセンサで受けることにより、レンズで像の焦点を合わせる手間がかからず、検査が容易であり、また、試料内の微生物の深度に係わりなく、検査を行うことができる。
【００２０】
なお、前述の本発明に関連の微生物検査方法および本発明に係る投影検出装置では、投影検出信号により、コロニーの画像を形成してコロニーの形状を求めてもよい。さらに、投影検出信号により、所定時間に所定の大きさに達したコロニーを検出し、生菌数の計数を行ってもよい。また、所定の大きさに達したコロニーを検出するまでの時間を計測し、微生物繁殖時間を求めてもよい。微生物の同定をするためには、培地の選択性や形状のデータだけによらず、微生物の固有の色による投影カラーデータによりその決定をしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、投影検出装置１は、設置部（図示せず）と、レーザー装置２と、ビームイクスパンダー３と、イメージセンサ４とを有している。
【００２２】
設置部には、セル（透光性培地用容器）５が設置可能となっている。使用するセル５には、透明で薄い無菌の１０ｍｌ用セルが用いられる。設置部は、セル５を微生物の培養に適した温度で加熱する加熱装置を有している。なお、加熱装置を設ける代わりに、セル５の材質に、レーザー装置２のレーザー光線を受けて微生物の培養に適した温度に加熱される材質のものを用いてもよい。レーザー装置２は、設置部に設置されるセル５にレーザー光線を照射するよう配置されている。レーザー装置２には、白色レーザー光線を照射するものが好ましいが、赤色半導体レーザー光線を照射するものでもよい。ビームイクスパンダー３は、凹レンズ３ａと凸レンズ３ｂとから成り、レーザー装置２からのレーザー光線をイメージセンサ４の大きさの直径の平行光線に拡大する。
【００２３】
イメージセンサ４は、ＣＣＤ（電荷結合素子）エリア・イメージ・センサから成り、１辺の長さが数ミクロンの光検出素子を複数、碁盤状に配列して有している。イメージセンサ４には、例えば、信号画素数が８５８×６１４、画素ピッチが５．７μｍ×５．９μｍ、イメージサイズが４．９ｍｍ×３．６ｍｍの市販のインタライン方式ＣＣＤイメージセンサ（製造元：東芝株式会社、商品番号「ＴＣＤ５４８１ＡＤ）を使用することができる。イメージセンサ４には、レーザー光源に白色レーザーを採用するときは、２４ビットカラー（カラー１６７０万色）程度のカラー投影データがサンプリングできるものが好ましい。レーザー光源に単色レーザーを採用するときは、８ビットグレイ（２５６階調）程度のデータがサンプリングできるものが好ましい。イメージセンサ４は、設置部を挟んでレーザー装置２と反対側に設けられ、レーザー装置２から照射されてビームイクスパンダー３により拡大されてセル５を透過した光をセンサ面４ａで垂直に受けるよう配置されている。イメージセンサ４は、各光検出素子により投影検出信号を発生する。投影検出信号は、図２に示すように、インターフェース６を介してコンピュータ７に入力され、解析される。
【００２４】
次に、作用について説明する。
投影検出装置１で検査を行うとき、１０ｍｌ用セル５に１ｍｌの検査試料を注入し、次に、寒天培地（透光性培地）９ｍｌを無菌状態でセル５に流し込む。検査試料は、例えば、食品の一部などである。寒天培地は、あらかじめ加熱溶解後５０℃前後に保温しておく。また、寒天培地の中に、色のない微生物を見やすくするため、塩化トリフェニルテトラゾリウム（Triphenyltetrazolium Chloride)を混ぜ合わせておく。塩化トリフェニルテトラゾリウムは、発育しつつある微生物に取り込まれて、微生物内で還元されると不溶性赤色のフォルマザンとなる。セル５の蓋を閉じ、検査試料と寒天培地とを混ぜ合わせ、検査試料中にいる微生物が動けないように検査試料と寒天培地との混合物を固める。このセル５を設置部に設置する。設置部は、セル５を微生物の培養に適した温度に加熱、保温する。
【００２５】
レーザー装置２によりセル５の入射面に対し垂直の方向からレーザー光線を照射し、寒天培地を透過した光をイメージセンサ４で垂直に受ける。セル５を設置部にセットした時点で、画像をサンプルしておく。このとき得られる画像上の影はゴミ等によるものとしてコンピュータ７に記憶しておき、２度目以降の画像サンプリングで同じ影があっても、無視するよう処理する。
【００２６】
イメージセンサ４は、寒天培地で微生物のコロニーが増殖してレーザー光線を遮り影を作るとき、その投影を受けて各光検出素子により画像情報として投影検出信号を発生する。投影検出信号は、インターフェース６を介してコンピュータ７に入力され、解析される。こうして、検査試料中の微生物の存在を知ることができる。微生物の増殖過程をサンプルした画像を１時間に数回程度モニターすることにより、ミクロンレベルでコロニーの増殖を確認できる。投影検出装置１は、コンピュータ７と組み合わせることで、簡易な顕微鏡として利用することができる。
【００２７】
１素子の大きさが縦横の幅で数ミクロンのＣＣＤイメージセンサ４で画像をサンプルするということは、いわば数ミクロンの複眼で試料を観察しているのと同じ状態である。このＣＣＤイメージセンサ４のセンサ面４ａに対し垂直方向からレーザー光線をセル５内の試料に照射することにより、微生物の影が得られる。微生物が分裂、増殖して発生したコロニーの影がＣＣＤイメージセンサ４の１素子の検出サイズを超えると、画像としてサンプリングされ、観察できるようになる。例えば、１ミクロン四方の微生物がいると仮定して、３０分に１回分裂増殖してコロニーのサイズが倍になるとすれば、２時間半後には３２倍の大きさのコロニーとなり、ＣＣＤイメージセンサ４の数ミクロン大の１素子のサイズより十分大きいので、影像が確認できるようになる。
【００２８】
図３に示すように、コンピュータ７では、ソフトウェアにより、入力した投影検出信号を画像データとして処理、分析し、影像を拡大してディスプレイに映し出す。画像データ（ステップ１１）は、最初のデータでマスクしてゴミ等の影響をなくす（ステップ１２）。最初のデータが微生物で、イメージセンサ４の１素子よりも大きい場合には、次回以降のサンプリングで成長していくので、ゴミと区別できる。このとき、ノイズを抑えるためにスレッシュホルド（しきい値）を設定しておき（ステップ１３）、あるレベルを越えたものだけ画像として取り出す。さらに微小の点をソフトウェアでフィルターにかけてふるい落としてから（ステップ１４）、各コロニーの大きさと数を求める（ステップ１５）。
【００２９】
引続き数回のサンプリングで、あるバンド幅でコロニーの計数結果が同じ値で連続した場合、その計数値をコロニー数として判定する。微生物の種類にもよるが、数時間以上スレッシュホルド値を越える微生物の影が観察されない場合には、微生物による汚染がなかったものと判定する（ステップ１６，１７，１８）。
【００３０】
１０ｍｌ用セル５の中に１ｍｌの検査試料を注入して検出をした場合、セル５の内容物に対して１０分の１のエリアにあたる部分をイメージセンサ４で取り込み、画像処理して分析を行うと、検査試料が１０倍に希釈されていることと同等となる。従って、画像で１０個のコロニーが検出されたとすれば、検査試料１ｍｌには１００個の微生物が存在していることになる。
【００３１】
投影検出装置１では、イメージセンサ４を用いてミクロンオーダーで微生物を検出するので、肉眼でコロニーが確認できるほど長時間の培養をしなくても微生物の検出が可能であり、培養時間を短くして検査時間を短縮することができる。また、増殖過程をモニターしながら、コロニー同士が重なり合うほど大きくなる前にコロニーを検出することにより、容易かつ正確なコロニーの計数が可能となる。さらに、微生物のレーザー光線による影を直接、イメージセンサ４で受けることにより、レンズで像の焦点を合わせる手間がかからず、検査が容易であり、また、セル５内の微生物の深度に係わりなく、検査を行うことができる。投影検出装置１では、セル５を一定の培養温度に維持しながら、コロニー形成過程をモニターすることができる。寒天培地の選択性を組み合わせたうえ、コロニーの形状、色、増殖時間などのあらかじめ収集されたデータベースを用いることにより、微生物の種類を特定することができる。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態を示している。
図４に示すように、投影検出装置２１は、複数の設置部と、複数のレーザー装置２２ａ〜２２ｄと、複数のイメージセンサ２３ａ〜２３ｄとを有している。
【００３３】
複数の設置部には、それぞれセル（透光性培地用容器）２４ａ〜２４ｃが設置可能となっている。設置部は、セル２４ａ〜２４ｃを微生物の培養に適した温度で加熱する加熱装置を有している。複数の設置部は、一列に配置されており、各セル２４ａ〜２４ｃを一列に多段式に設置可能である。複数のレーザー装置２２ａ〜２２ｄには、それぞれ前述のレーザー装置と同一のものを用いることができる。複数のレーザー装置２２ａ〜２２ｄは、クロスチェック用のレーザー装置２２ａと個別チェック用のレーザー装置２２ｂ〜２２ｄとから成っている。レーザー装置２２ａは、複数の設置部に設置される各セル２４ａ〜２４ｃに１本のレーザー光線を照射するよう配置されている。レーザー装置２２ｂ〜２２ｄは、それぞれレーザー装置２２ａのレーザー光線に対し直交する方向から各セル２４ａ〜２４ｃにレーザー光線を照射するよう配置されている。
【００３４】
複数のイメージセンサ２３ａ〜２３ｄには、それぞれ前述のイメージセンサと同一のものを用いることができる。すなわち、各イメージセンサ２３ａ〜２３ｄは、複数の光検出素子を有し、各光検出素子により投影検出信号を発生するようになっている。各イメージセンサ２３ａ〜２３ｄは、設置部を挟んでレーザー装置２２ａ〜２２ｄと反対側に設けられる。イメージセンサ２３ａは、レーザー装置２２ａから照射されて複数のセル２４ａ〜２４ｃを透過した光をセンサ面で垂直に受けるよう配置される。イメージセンサ２３ｂ〜２３ｄは、レーザー装置２２ｂ〜２２ｄから照射されて、レーザー装置２２ａのレーザー光線に対し直交する方向からセル２４ａ〜２４ｃを透過した光をセンサ面で垂直に受けるよう配置される。投影検出信号は、インターフェース６を介してコンピュータ７に入力され、解析される（図２参照）。
【００３５】
次に、作用について説明する。
投影検出装置２１では、複数のセル２４ａ〜２４ｃに寒天培地（透光性培地）と検査試料とを入れて固め、セル２４ａ〜２４ｃを設置部に一列に多段式に設置する。レーザー装置２２ａにより複数のセル２４ａ〜２４ｃに１本のレーザー光線を照射し、複数の寒天培地を透過した光をイメージセンサ２３ａで垂直に受ける。イメージセンサ２３ａは、複数の寒天培地のいずれかで微生物のコロニーが増殖してレーザー光線を遮り影を作るとき、その投影を受けて各光検出素子により投影検出信号を画像データとして発生する。これにより、複数の検査試料のいずれかでの微生物の存在を知ることができる。レーザー装置２２ａは、微生物の発育をモニターするのに使用される。
【００３６】
レーザー装置２２ａにより微生物の発育の検出後、レーザー装置２２ｂ〜２２ｄにより、各セル２４ａ〜２４ｃにレーザー装置２２ａのレーザー光線に対し直交する方向からレーザー光線を照射し、寒天培地を透過した光をイメージセンサ２３ｂ〜２３ｄで垂直に受ける。各イメージセンサ２３ｂ〜２３ｄは、寒天培地で微生物のコロニーが増殖してレーザー光線を遮り影を作るとき、その投影を受けて各光検出素子により投影検出信号を画像データとして発生する。図２に示すコンピュータ７は、ソフトウェアにより画像データを処理、分析し、影像を拡大してディスプレイに映し出す。これにより、複数の検査試料のうち微生物が存在する検査試料を特定することができる。投影検出装置２１によれば、微生物が存在する検査試料が少ない場合に、多数の検査試料を処理し、検査処理の効率化を図ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、容易かつ正確な検出を可能にする投影検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】投影検出装置の概略説明図である。
【図２】図１の投影検出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】図１に投影検出装置による微生物検査方法のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の投影検出装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１投影検出装置
２，２２ａ〜２２ｄ，４２レーザー装置
３，４３ビームイクスパンダー
４，２３ａ〜２３ｄ，３２ａ〜３２ｃ，４４イメージセンサ
５，２４ａ〜２４ｃ，３３，４５セル

Claims

複数の試料を一列に設置可能な設置部と、
前記設置部に設置される複数の試料に１本の光線を照射する装置と、
複数の光検出素子を有し、前記照射する装置の照射光による複数の前記試料の投影を受けるよう、前記設置部を挟んで前記照射する装置と反対側に配置され、前記試料が前記光線を遮り、影を作るとき、各光検出素子により投影検出信号を発生するイメージセンサとを、
有することを特徴とする投影検出装置。
前記照射する装置が照射する光線はレーザー光線であることを、特徴とする請求項１記載の投影検出装置。